CN101401971B

CN101401971B - 胶原球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置

Info

Publication number: CN101401971B
Application number: CN2008102350733A
Authority: CN
Inventors: 董寅生; 林萍华; 郭超; 盛晓波; 储成林; 浦跃朴
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Jiangsu Haijian Co., Ltd.
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: CN101401971A

Abstract

本发明涉及一种胶原球形多孔颗粒材料及其制备方法和设备。制备步骤为：第一步，以质量浓度为1～5％的醋酸溶液配制胶原的质量占胶原醋酸溶液总质量的3～15％的胶原醋酸溶液；第二步，将溶液从加料口加入储料罐，控制压力为0.08～0.5MPa，以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管流出的胶原醋酸溶液滴入冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的胶原球形多孔颗粒材料；第三步，将球形颗粒分离、冷冻干燥；交联处理3～24h，然后用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料。这种球形颗粒材料具有均一的粒径分布，内部含有大量的互通微孔，具有较高的比表面积，可在组织修复和药物缓释中得到应用。

Description

胶原球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置

技术领域

本发明属于一种应用于生物医学领域的球状颗粒材料的制备技术，具体涉及一种天然聚合物胶原球形多孔颗粒材料的制备方法。

背景技术

现有技术：

胶原蛋白或称胶原是由动物细胞合成的一种生物性高分子，广泛存在于动物骨、腱、软骨和皮肤及其它结缔组织中，约占哺乳动物总蛋白的约30％，是人体重要的细胞外基质成份。胶原具有良好的生物学特性，可作为组织的支持物，对细胞、组织乃至器官行使正常功能并对外伤修复有重大影响。大量的研究结果表明，胶原的性能可以满足用于作为表皮细胞、成纤维细胞、角膜细胞、软骨细胞及骨细胞的培养基质。在组织修复中，胶原可参与组织愈合过程并能引导、促进细胞生长；具有显著引导/诱导组织再生的作用，使创面实现功能性、再生性的愈合，可广泛应用于软、硬组织损伤的修复，如口腔科、骨科、整形外科、五官科、神经外科及肌腱断裂和脏器穿孔等的治疗。胶原较多用来制备膜状材料，也可用来制备颗粒形填充材料。

微球材料具有很多不规则颗粒所没有的优异性能，如高的流动性、高的堆积密度、不易团聚、填充后不易引起应力集中等。目前，在牙根管和拔牙窝的充填、牙周病所致牙槽骨吸收的修复、牙槽嵴增高、颌骨骨囊腔填塞、萎缩性鼻炎充填、乳突腔充填、整形(如鞍鼻美容)及以人体骨骼其它部位的骨缺损充填中，微球颗粒填充材料得到广泛应用。聚合物基微球颗粒有多种制备方法，常用的有乳化-化学交联法、乳化-溶剂蒸发法及喷雾干燥法。应用这些方法制备的微球直径分布范围较大，填充密度大，应用于组织填充时，颗粒间的孔隙过少，不利于新生组织的长入。

发明内容

本发明针对上述技术缺陷，提供了一种具有均一分布颗粒直径的胶原球形多孔颗粒材料及其制备方法和装置。

本发明的技术方案为一种胶原球形多孔颗粒材料，所述的胶原球形多孔颗粒材料的球形颗粒，粒径为φ0.8～4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原球形多孔颗粒材料的孔隙率为80～95％。

一种制备所述的胶原球形多孔颗粒材料的制备方法，制备步骤为：

第一步，以质量浓度为1～5％的醋酸溶液配制胶原的质量占胶原醋酸溶液总质量的3～15％的胶原醋酸溶液，搅拌使胶原完全溶解；

第二步，将第一步制备好的胶原醋酸溶液从加料口加入储料罐，通过压力表和压力控制阀控制储料罐中的压力为0.08～0.5MPa，以保证胶原醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的导液管以10～60滴/min的速度均匀流出。从导液管流出的胶原醋酸溶液在管口处长大到约φ0.8～4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器内的温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形度好、粒径均一的胶原球形多孔颗粒材料。

根据表面张力公式：

mg＝2πrσ

式中：m为液滴质量；r为毛细管外半径；σ为表面张力；g为重力加速度。当胶原溶液的密度和粘度一定时，在无外界干扰的条件下，该法可以制备出球形度好、粒径均一的球形颗粒。

第三步，将第二步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形颗粒放入质量浓度为0.25～2.5％的交联剂溶液交联处理3～24h，然后用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料。所述的冷凝液为二甲基硅油或植物油。所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。

制备如权利要求1所述的胶原球形多孔颗粒材料的装置，由储料罐和保温容器组成，在储料罐顶部设有加料口，在储料罐上还设有压力表，压力表与压力控制阀连接，在储料罐的底部设有导液管，在导液管上设有流量控制阀，在导液管下方设有保温容器。

有益效果：本发明制备的胶原球形多孔颗粒材料：：

(1)在颗粒本体内部含有大量的互通微孔，形成三维网状结构，这种颗粒具有较高的比表面积，有利于细胞的粘附的组织液的流动；

(2)胶原颗粒具有均一的粒径分布，不需要筛分处理即可得到具有相同粒径的颗粒材料；因为根据表面张力公式：

mg＝2πrσ

(3)因为根据本方法制备的胶原球形颗粒材料的粒径均一性好，而相同粒径的球形颗粒材料，充填后颗粒间空隙率最大，所以本发明的胶原球形颗粒材料充填后有利于组织液的流动和细胞的迁移生长。

附图说明

图1为球形颗粒成形装置示意图

装置主要由加料口1、压力表2、压力控制阀3、储料罐4、流量控制阀5、导液管6、冷凝液7和保温容器8组成。

图2为胶原球形多孔颗粒照片。

图3为胶原球形多孔颗粒的内部孔隙照片。

具体实施方案：

实施例1：

(1)以质量浓度为1.5％的醋酸溶液配制胶原质量占整个溶液质量3％的胶原醋酸溶液，充分搅拌使胶原完全溶解；

(2)如图1所示，配制好的胶原醋酸溶液从加料口1加入储料罐4，通过压力表2和压力控制阀3控制储料罐4中的压力为0.08MPa，以保证胶原溶液从φ0.5mm导液管6均匀流出，通过流量控制阀5控制以10滴/min的速度均匀流出。从导液管6流出的胶原溶液在管口处长大到φ0.8mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝，冷凝液的温度为-10℃，冷凝液为二甲基硅油，形成球形颗粒。

(3)冷凝后的微球分离，并在-5℃的温度冷冻干燥处理8h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为0.25％的甲醛溶液交联处理3h，再用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料，如图2所示，胶原球形多孔材料的粒径为φ0.8mm，球形度好、粒径均一。如图3所示，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原球形多孔颗粒材料的孔隙率为80％。

实施例2：

(1)以质量浓度为5％的醋酸溶液配制胶原质量占整个溶液质量15％的胶原醋酸溶液，搅拌充分溶解；

(2)制备好的胶原醋酸溶液从加料口1加入储料罐4，通过压力表2和压力控制阀3控制储料罐4中的压力为0.5MPa，以保证胶原溶液从φ3mm导液管6均匀流出。从导液管6流出的胶原溶液在管口处长大到φ4mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝，冷凝液的温度为-20℃，形成球形颗粒。

(3)冷凝后的微球分离，并在-10℃的温度冷冻干燥处理24h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为2.5％的戊二醛溶液交联处理24h，再用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料，胶原球形多孔材料的粒径为φ4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原球形多孔颗粒材料的孔隙率为95％。。

实施例3：

(1)以质量浓度为3％的醋酸溶液配制胶原质量占整个溶液质量8％的胶原醋酸溶液，搅拌充分溶解；

(2)制备好的胶原溶液从加料口1加入储料罐4，通过压力表2和压力控制阀3控制储料罐4中的压力为2.15MPa，以保证胶原溶液从φ1.8mm导液管6均匀流出。从导液管6流出的胶原溶液在管口处长大到φ2.6mm的近球形颗粒后滴落，在下落过程中，由于表面张力的作用形成球状，而后滴入保温容器8内的冷凝液7中冷凝，冷凝液的温度为-15℃，冷凝液为植物油，形成球形颗粒。

(3)冷凝后的微球分离，并在-(5～10)℃的温度冷冻干燥处理18h；冷冻干燥后的球形颗粒先放入质量浓度为1.75％的乙二醛溶液交联处理18h，再用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料，胶原球形多孔材料的粒径为φ3.2mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原球形多孔颗粒材料的孔隙率为90％。。

Claims

1.一种胶原球形多孔颗粒材料，其特征在于所述的胶原球形多孔颗粒材料，粒径为φ0.8～4mm，颗粒本体内部为孔径小于150μm的微孔，微孔之间互通，胶原球形多孔颗粒材料的孔隙率为80～95％。

2.一种制备如权利要求1所述的胶原球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，制备步骤为：

第二步，将第一步制备好的胶原醋酸溶液从管径为φ0.5～3mm的管子，以10～60滴/min的速度均匀流出，滴入温度为-(10～20)℃的冷凝液中冷凝，形成球形颗粒；

第三步，将第二步冷凝后的球形颗粒分离、冷冻干燥；将冷冻干燥后的球形颗粒放入质量浓度为0.25～2.5％的交联剂溶液交联处理3～24h，然后用无水乙醇清洗，得到胶原球形多孔颗粒材料。

3.如权利要求2所述的胶原球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，所述的冷凝液为二甲基硅油或植物油。

4.如权利要求2所述的胶原球形多孔颗粒材料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂为甲醛、戊二醛、乙二醛中的任意一种。

5.制备如权利要求1所述的胶原球形多孔颗粒材料的装置，其特征在于，所述的装置由储料罐(4)和保温容器(8)组成，在储料罐(4)顶部设有加料口(1)，在储料罐(4)上还设有压力表(2)，压力表(2)与压力控制阀(3)连接，在储料罐(4)的底部设有导液管(6)，在导液管(6)上设有流量控制阀(5)，在导液管下方设有保温容器(8)。